废水生物处理基本原理省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、1 1废水生物处理基本原理废水生物处理基本原理水处理技术交流讲座二十水处理技术交流讲座二十水处理技术交流讲座二十水处理技术交流讲座二十 第1页2 2一、好氧生物处理基本生物过程 所谓“好氧”:是指这类生物必须在有分子态氧气(O2)存在下,才能进行正常生理生化反应,主要包含大部分微生物、动物以及我们人类;所谓“厌氧”:是能在无分子态氧存在条件下,能进行正常生理生化反应生物,如厌氧细菌、酵母菌等。缺氧反应是兼性菌参加生化反应,兼性菌是能够在好氧也能够在厌氧情况下反应。如反硝化菌、大肠杆菌等。在溶氧量上,通常有这么个说法:厌氧:无分子氧,化合态氧 缺氧:无分子氧,有化合态氧 好氧,都能够有,但最少要
2、有分子氧第一节第一节 废水好氧生物处理原理废水好氧生物处理原理第2页3 3好氧生物处理过程生化反应方程式:分解反应(又称氧化反应、异化代谢、分解代谢)C、H、O、N、S+O2=CO2+H2O+NH3+SO42-+能量 (有机物组成元素)合成反应(也称合成代谢、同化作用)C、H、O、N、S+能量=(C5H7NO2)n (细胞物质)内源呼吸(也称细胞物质本身氧化)C5H7NO2+O2=CO2+H2O+NH3+SO42-+能量在正常情况下,各类微生物细胞物质成份是相对稳定,普通可用以下分子式来表示:细菌:C5H7NO2;真菌:C16H17NO6;藻类:C5H8NO2;原生动物:C7H14NO3第3页
3、4 4分解与合成相互关系:1)二者不可分,而是相互依赖;a、分解过程为合成提供能量和前物,而合成则给分解提供物质基础;b、分解过程是一个产能过程,合成过程则是一个耗能过程。2)对有机物去除,二者都有重要贡献;3)合成量大小,对后续污泥处理有直接影响(污泥处理费用一般可以占整个城市污水处理厂4050%)。不一样形式有机物被生物降解历程也不一样:一方面:结构简单、小分子、可溶性物质,直接进入细胞壁;结构复杂、大分子、胶体状或颗粒状物质,则首先被微生物吸附,随后在胞外酶作用下被水解液化成小分子有机,再进入细胞内。其次:有机物化学结构不一样,其降解过程也会不一样,如:糖类;脂类;蛋白质。第4页5 5二
4、、影响好氧生物处理主要因素 溶解氧(DO):约12mg/l;水温:是重要因素之一,在一定范围内,随着温度升高,生化反应速率加快,增殖速率也加快;细胞组成物如蛋白质、核酸等对温度很敏感,温度突升或降并超过一定限度时,会有不可逆破坏;最适宜温度 1530C;40C 或 10C 后,会有不利影响。营养物质:细胞组成中,C、H、O、N 约占9097%;其余310%为无机元素,主要是P;生活污水一般不需再投加营养物质;而某些工业废水则需要,一般对于好氧生物处理工艺,应按BOD:N:P=100:5:1 投加N 和P;其它无机营养元素:K、Mg、Ca、S、Na 等;微量元素:Fe、Cu、Mn、Mo、Si、硼
5、等;pH 值:一般好氧微生物最适宜pH 在6.58.5 之间;pH 4.5 时,真菌将占优势,引起污泥膨胀;其次,微生物活动也会影响混合液pH 值。有毒物质(抑制物质):重金属;氰化物;H2S;卤族元素及其化合物;酚、醇、醛等;有机负荷率:污水中有机物原来是微生物食物,但太多时,也会不利于微生物;氧化还原电位:好氧细菌:+300 400 mV,至少要求大于+100 mV;厌氧细菌:要求小于+100 mV,对于严格厌氧细菌,则-100 mV,甚至-300 mV。第5页6 6 废水厌氧生物处理在早期又被称为厌氧消化、厌氧发酵;是指在厌氧条件下由各种(厌氧或兼性)微生物共同作用下,使有机物分解并产生
6、CH4 和CO2 过程。一、厌氧生物处理中基本生物过程阶段性理论1、两阶段理论:20 世纪3060 年代,被普遍接收是“两阶段理论”。第二节第二节 废水厌氧生物处理原理废水厌氧生物处理原理第6页7 7 第一阶段:发酵阶段,又称产酸阶段或酸性发酵阶段;主要功效是水解和酸化,主要产物是脂肪酸、醇类、CO2 和H2 等;主要参加反应微生物统称为发酵细菌或产酸细菌;这些微生物特点是:1)生长速率快,2)对环境条件适应性(温度、pH 等)强。第二阶段:产甲烷阶段,又称碱性发酵阶段;是指产甲烷菌利用前一阶段产物,并将其转化为CH4 和CO2;主要参加反应微生物被统称为产甲烷菌;产甲烷细菌主要特点是:1)生
7、长速率慢,世代时间长;2)对环境条件(温度、pH、抑制物等)非常敏感,要求苛刻。2、三阶段理论 对厌氧微生物学深入研究后,发觉将厌氧消化过程简单地划分为上述两个过程,不能真实反应厌氧反应过程本质;厌氧微生物学研究表明,产甲烷菌是一类十分尤其古细菌,除了在分类学和其特殊学报结构外,其最主要特点是:产甲烷细菌只能利用一些简单有机物作为基质,其中主要是一些简单一碳物质如甲酸、甲醇、甲基胺类以及2/CO2 等,两碳物质中只有乙酸,而不能利用其它含两碳或以上脂肪酸和甲醇以外醇类;第7页8 8上世纪70 年代,Bryant 发觉原来认为是一个被称为“奥氏产甲烷菌”细菌,实际上是由两种细菌共同组成,一个细菌
8、首先把乙醇氧化为乙酸和H2(一个产氢产乙酸细菌),另一个细菌则利用H2和CO2产生CH4(一个真正意义上产甲烷细菌嗜氢产甲烷细菌);因而,Bryant 提出了厌氧消化过程“三阶段理论”:第8页9 9 水解、发酵阶段:产氢产乙酸阶段:产氢产乙酸菌,将丙酸、丁酸等脂肪酸和乙醇等转化为乙酸、H2/CO2;产甲烷阶段:产甲烷菌利用乙酸和H2、CO2 产生CH4;普通认为,在厌氧生物处理过程中约有70%CH4 产自乙酸分解,其余则产自H2和CO2。3、四阶段理论(四菌群学说):几乎与Bryant 提出“三阶段理论”同时,又有些人提出了厌氧消化过程“四菌群学说”:实际上,是在上述三阶段理论基础上,增加了一
9、类细菌同型产乙酸菌,其主要功效是能够将产氢产乙酸细菌产生H2/CO2 合成为乙酸。但研究表明,实际上这一部分由H2/CO2 合成而来乙酸量较少,只占厌氧体系中总乙酸量5%左右。总体来说,“三阶段理论”、“四阶段理论”是当前公认对厌氧生物处理过程较全方面和较准确描述。第9页10104、多阶段理论 不过,当利用厌氧生物处理工艺处理含有复杂有机物时候,在厌氧反应器中发生反应会远比上述“三阶段理论”、“四阶段理论”中所描述反应过程复杂。二、厌氧消化过程中主要微生物 主要介绍其中发酵细菌(产酸细菌)、产氢产乙酸菌、产甲烷菌等。1、发酵细菌(产酸细菌):发酵产酸细菌主要功效有两种:水解在胞外酶作用下,将不
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